전기-유압 유사성을 활용한 단방향 섬유 강화 복합재료의 수직 방향 투수 계수 예측 알고리즘
Prediction Algorithm for Transverse Permeability of Unidirectional Fiber Reinforced Composites with Electric-Hydraulic Analogy
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초록
본 연구에서는 복합재료 제조 공정 과정 중 수지의 유동 저항성을 대변하는 인자인 투수 계수를 예측하는 알고리즘을 개발하였다. 단방향 연속 섬유 복합재료 내부에서 섬유와 수직인 방향 투수 계수의 정확한 예측을 위해 대표 체적 요소의 단면 형상을 고려하였다. 섬유의 유체 유동 저항성을 정량화하기 위한 인지로 섬유 간 간격이 사용되었고, 등가 길이는 섬유 배열에 따른 수지의 유로 변화를 나타내는 인자로 사용되었다. 전기-유압 유사성을 접목하여 투수 계수 예측 알고리즘을 개발하고 그 타당성을 확인하였다. 알고리즘은 Matlab과 Python으로 구성되고, 타당성 검증을 위해 FLUENT를 통해 예측된 투수 계수와 비교하였다. 알고리즘과 수치 해석을 통해 얻은 투수 계수가 거의 일치함을 확인하여 알고리즘을 검증하였으며, 소요 시간은 수치 해석 대비 약 1/450로 감소하였다.
Abstract
This study suggests the prediction algorithm for transverse permeability, represented the flow resistance during the manufacturing process of composite, of unidirectional continuous fiber reinforced plastics. The crosssectional shape of representative volume element (RVE) is considered to reflect fiber arrangement. The equivalent length is used as a factor to express the change of resin flow according to fiber arrangement. The permeability prediction algorithm is created by grafting the Electro-Hydraulic analogy and validity is confirmed. The code for permeability prediction was composed by means of MATLAB and Python, flow analysis was performed by using FLUENT. The algorithm was verified as the permeability results obtained through Algorithm and numerical analysis were almost identical to each other, and the calculation time was reduced around 1/450 compared to the numerical analysis.
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